Il existe une alternative durable tout aussi valable à la batterie : l'utilisation d'un moteur thermique à hydrogène.
Publié par L'équipe dans Actualités le 27/03/2023 à 16:55
La technologie des moteurs thermiques à hydrogène soulève des défis importants pour devenir le dernier maillon de la trajectoire historique des moteurs à combustion. Contrairement à la pile à combustible à hydrogène, la viabilité des ergols brûlant de l'hydrogène est incertaine. Toutefois, dans les régions qui prévoient la fin des moteurs à combustion, ce type de moteur pourrait représenter le dernier espoir grâce à l'utilisation de carburants alternatifs. Avant de parier sur la maturité de cette technologie, il est important de déterminer si elle en vaut la peine, étant donné les défis liés au stockage et à la combustion de l'hydrogène.
Il est nécessaire de clarifier si les avantages de cette technologie l'emportent sur les inconvénients. Les lois de la physique ne sont pas favorables pour attraper, stocker et brûler l'hydrogène afin de produire une poussée similaire à celle des moteurs actuels. En d'autres termes, la question est de savoir si le pari en vaut la peine. Cependant, il est important de rappeler que les technologies considérées aujourd'hui comme dominantes ont rencontré des défis similaires dans le passé.
La consolidation des ergols brûlant de l'hydrogène est dans une phase prématurée et douteuse en termes de faisabilité. Cependant, avec l'utilisation de carburants alternatifs, ce type de moteur peut représenter le dernier espoir du moteur à combustion dans les régions qui ont prévu son extinction. Les pilotes, en particulier, sont attachés à cette technologie et les progrès pourraient leur offrir une alternative viable.
En résumé, la technologie des moteurs thermiques à hydrogène est confrontée à des défis considérables pour devenir le dernier maillon de la trajectoire historique des moteurs à combustion. La question de savoir si les avantages l'emportent sur les inconvénients est cruciale. Cependant, l'utilisation de carburants alternatifs pourrait offrir une alternative viable pour les régions qui ont prévu la fin des moteurs à combustion. Les pilotes sont particulièrement attachés à cette technologie, et des progrès pourraient leur offrir un espoir de continuer à l'utiliser dans l'avenir.
Nous allons examiner les avantages et les inconvénients de la technologie des moteurs à combustion à hydrogène pour évaluer son état actuel.
Qu'est-ce que le moteur à combustion à hydrogène ?
Les moteurs à combustion à hydrogène ne sont pas très différents des ergols classiques. Ils partagent leurs caractéristiques et leur nature, et leur fonctionnement ne nécessite que quelques modifications mineures, telles que des ajustements aux systèmes d'injection, d'alimentation et de lubrification. En d'autres termes, ces moteurs s'appuient sur une technologie qui existe depuis plus d'un siècle et demi.
L'histoire des moteurs à combustion à hydrogène remonte aux débuts de la mécanique de la combustion. En effet, dès le début du XIXe siècle, le français François Isaac de Rivaz avait tenté (sans succès) de faire fonctionner un moteur à combustion interne avec un mélange d'oxygène et d'hydrogène comme carburant. Depuis lors, la technologie a évolué, mais elle repose toujours sur les mêmes principes de base.
Malgré leur longue histoire, les moteurs à combustion à hydrogène n'ont pas encore atteint leur plein potentiel. Cependant, ils suscitent un intérêt croissant en tant qu'alternative propre et efficace aux ergols traditionnels. De nombreuses entreprises et gouvernements investissent dans la recherche et le développement de cette technologie, qui pourrait jouer un rôle clé dans la transition vers une économie plus verte et plus durable.
Quels sont les véhicules à combustion à hydrogène ?
Au cours des dernières vingt années, des constructeurs automobiles de renom ont expérimenté et introduit des moteurs de ce type dans les voitures particulières, tandis que dans le secteur des camions, des expériences et des conversions réussies ont été observées.
Toyota a été le plus actif dans ce domaine ces dernières années, profitant de la compétition Super Taikyu Series pour explorer doucement mais sûrement cette possibilité. Cependant, comme pour tous les paris technologiques, il y a des progrès réalisés sur certains fronts, mais aussi des écueils typiques de l'expérimentation.
Ainsi, Toyota a créé trois prototypes en utilisant le moteur 1,6 litre de l'emblématique Toyota GR Yaris et en y ajoutant de l'injection d'hydrogène. Ils ont ensuite développé un modèle plus grand, la Toyota Corolla Cross, et il semble qu'il y aura d'autres nouveautés à venir.
A ne pas confondre avec la pile à combustible
Les voitures à pile à combustible à hydrogène sont différentes des voitures à combustion à hydrogène, bien qu'elles partagent certains éléments. Les voitures à pile à combustible ont une pile qui se trouve dans les limites des groupes motopropulseurs électriques, tandis que les voitures à combustion à hydrogène ont des réservoirs de carburant. En substance, les voitures à pile à combustible utilisent de l'hydrogène pour produire de l'électricité qui alimente le moteur électrique de la voiture, tandis que les voitures à combustion à hydrogène brûlent de l'hydrogène pour produire de l'énergie qui alimente le moteur.
Actuellement, la pile à combustible est plus mature que le moteur à combustion à hydrogène. La deuxième génération de la Toyota Mirai a montré que les voitures à pile à combustible sont prêtes pour une commercialisation cohérente en raison de l'importance et de l'élan industriel qu'elles reçoivent. La prochaine génération de voitures à pile à combustible vise également un atterrissage commercial cohérent en utilisant les technologies les plus récentes.
Le moteur à combustion à hydrogène, quant à lui, se développe en parallèle de la batterie et peut tirer parti de certaines des solutions communes ciblées pour les voitures à hydrogène. Cependant, il utilise des réservoirs de carburant pour produire de l'énergie. Bien que le moteur à combustion à hydrogène soit en développement, il est actuellement moins mature que la pile à combustible. Les progrès dans les deux technologies pourraient avoir un impact significatif sur l'avenir des voitures à hydrogène.
Combustion zéro émission (ou presque)
Cette technologie présente comme premier avantage d'être écologique et de contribuer à la décarbonation des transports, un aspect crucial en matière de durabilité et de mobilité alternative qui ne peut être compromis. Pourtant, pour exploiter pleinement son potentiel durable, les moteurs à hydrogène doivent satisfaire deux exigences fondamentales.
Premièrement, tout comme les modèles à pile à combustible, ils doivent être alimentés en hydrogène propre, c'est-à-dire de l'hydrogène vert produit sans émissions. Cette exigence est essentielle pour que la technologie soit considérée comme véritablement écologique et qu'elle contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. En effet, si l'hydrogène consommé par les moteurs à hydrogène était produit à partir de sources d'énergie fossile, tels que le gaz naturel, le charbon ou le pétrole, il ne serait pas possible de parler de décarbonation des transports.
Deuxièmement, contrairement à ce que l'on pourrait croire, ces moteurs génèrent des oxydes d'azote (NOx) lors de la combustion, un polluant majeur pour la santé qui est étroitement associé aux moteurs diesel. Pour éviter cela, une méthode de traitement catalytique (SCR) doit être utilisée, qui peut utiliser l'hydrogène comme agent réducteur. Cela permettrait de réduire les émissions de NOx à des niveaux très bas, voire nuls, ce qui améliorerait considérablement la qualité de l'air dans les villes et réduirait les risques pour la santé associés aux émissions polluantes.
En somme, pour que la technologie des moteurs à hydrogène puisse être considérée comme véritablement durable et contribuer à la décarbonation des transports, elle doit répondre à ces deux exigences fondamentales. Il est donc crucial de développer des sources d'hydrogène vert pour alimenter ces moteurs, ainsi que d'utiliser des méthodes de traitement catalytique pour réduire les émissions de NOx. Si ces conditions sont remplies, les moteurs à hydrogène pourraient jouer un rôle clé dans la transition vers une mobilité plus durable et respectueuse de l'environnement.
Efficacité : la grande bête de somme
Les motorisations à hydrogène actuelles ont une plage de rendement relativement faible, allant de 25% à 35%, ce qui est bien inférieur aux 60% offerts par la pile à combustible. Cette dernière est plus efficiente en raison de sa température de fonctionnement plus basse. Ainsi, pour améliorer le rendement des véhicules à hydrogène, Toyota a élaboré un plan visant à éliminer davantage la combustion de l'hydrogène dans les premières étapes du développement de cette technologie. Ces étapes sont liées à la taille et à l'emplacement des réservoirs d'hydrogène et à l'autonomie que le véhicule peut offrir.
Il est difficile d'obtenir des chiffres précis sur les performances de ces véhicules, car la technologie est encore en phase expérimentale. Toutefois, il est connu que les premiers prototypes de moteurs à combustion à hydrogène produisaient des résultats médiocres, avec une consommation de 50 litres aux 100 kilomètres. Toyota a cependant amélioré les performances de ces véhicules avec des augmentations d'autonomie oscillant autour de 30% dans les prototypes les plus récents.
En somme, bien que les motorisations à hydrogène aient une plage de rendement relativement faible par rapport aux piles à combustible, Toyota travaille sur un plan pour améliorer cette technologie. Les premières étapes de ce plan visent à éliminer davantage la combustion de l'hydrogène, ce qui est lié à l'autonomie du véhicule et à la taille et l'emplacement des réservoirs d'hydrogène. Bien que les chiffres précis ne soient pas encore disponibles pour cette technologie en phase expérimentale, Toyota a fait des progrès significatifs dans l'amélioration des performances de ses prototypes.
Dimensions et ravitaillement
Dans le contexte des hélices traditionnelles, la taille de la motorisation ne change pas beaucoup, mais il y a des différences importantes lorsque l'on parle d'hydrogène. En effet, l'hydrogène représente un défi majeur en termes d'intégration, ce qui rend son utilisation difficile. Pourtant, Toyota a récemment mené des expériences sur l'utilisation de l'hydrogène liquide, qui pourrait représenter une solution à ce problème.
Jusqu'à présent, les prototypes de Toyota utilisaient de l'hydrogène gazeux sous haute pression, ce qui nécessitait des réservoirs cylindriques qui étaient difficiles à intégrer dans les véhicules. En revanche, lorsque l'hydrogène est liquide, il est possible de concevoir des réservoirs plus adaptés aux véhicules. Cela signifie que l'utilisation de l'hydrogène liquide pourrait offrir une solution viable pour intégrer les piles à combustible à l'hydrogène dans les véhicules.
En fin de compte, bien que la taille de la motorisation ne varie guère par rapport aux hélices traditionnelles, l'hydrogène liquide offre de nouvelles perspectives pour les véhicules à pile à combustible. Les récentes expériences de Toyota sur l'utilisation de l'hydrogène liquide pourraient offrir une solution aux problèmes d'intégration associés à l'utilisation de l'hydrogène gazeux sous haute pression, ouvrant ainsi la voie à des véhicules plus efficaces et plus respectueux de l'environnement.
Toyota a réussi à réduire les temps de remplissage des réservoirs d'hydrogène à une minute et demie grâce à ses avancées en matière de concepts sportifs à hydrogène. Cela pourrait avoir un impact significatif sur le temps de ravitaillement, ce qui rendrait l'usage de l'hydrogène plus pratique pour les automobilistes. Contrairement aux batteries, l'hydrogène à l'état liquide ne nécessite pas de respecter des normes de pression. Cependant, lors des tests officiels de la Corolla, Toyota a rencontré des difficultés à maintenir l'hydrogène à la température requise, ce qui a entraîné des pertes dues à l'évaporation du gaz une fois que la température du réservoir a augmenté.
Pour pouvoir utiliser l'hydrogène à l'état liquide, il est nécessaire de mettre en place un système pour maintenir le gaz à basse température et minimiser les pertes une fois qu'il est prêt à être brûlé. Bien que cette approche présente des défis techniques, elle offre également des avantages considérables, tels que des temps de ravitaillement plus rapides et une plus grande commodité pour les conducteurs de voitures à hydrogène.
En somme, Toyota a fait des progrès significatifs dans la réduction des temps de remplissage des réservoirs d'hydrogène. Bien que des problèmes de maintien de la température se posent, l'utilisation de l'hydrogène à l'état liquide offre des avantages pratiques qui pourraient accélérer l'adoption de cette technologie dans l'industrie automobile.
Une expérience formidable
Toyota a choisi de faire du circuit son terrain d'essai pour son moteur thermique à hydrogène. Les pilotes, plus que les ingénieurs, sont les mieux placés pour fournir des retours sur leur expérience avec ce type de moteur. Les professionnels de l'automobile ont du mal à percevoir les différences entre le fonctionnement des moteurs thermiques à hydrogène et ceux qui sont classiques. Cependant, ils s'accordent sur le fait que les performances et l'acoustique de ces moteurs sont un vrai plaisir.
Bien que les pilotes apprécient les performances et l'acoustique des moteurs thermiques à hydrogène, leur potentiel sur le marché des véhicules alternatifs à zéro émission reste à être confirmé. Toyota prétend avoir déjà parcouru 40% du chemin pour commercialiser des voitures avec des moteurs à combustion à hydrogène, mais des défis techniques restent à relever. Néanmoins, Toyota est connue pour sa passion pour l'industrie automobile et son engagement en faveur de la recherche.
Bien que les professionnels de l'automobile aient du mal à percevoir les différences entre les moteurs thermiques à hydrogène et les moteurs classiques, les pilotes de Toyota ont salué les performances et l'acoustique de ces moteurs. Cependant, leur potentiel en tant que véhicules alternatifs à zéro émission doit encore être confirmé. Malgré cela, Toyota continue de s'engager dans la recherche et prétend avoir fait 40% du chemin pour commercialiser des voitures avec des moteurs à combustion à hydrogène. Leur passion pour l'industrie automobile et leur engagement en faveur de l'innovation en font une entreprise à surveiller de près.
Toyota utilise le circuit comme terrain d'essai pour son moteur thermique à hydrogène, qui est apprécié par les pilotes pour ses performances et son acoustique. Cependant, son potentiel en tant que véhicule alternatif à zéro émission doit être confirmé. Toyota prétend avoir parcouru 40% du chemin pour commercialiser des voitures avec des moteurs à combustion à hydrogène, mais des défis techniques restent à relever. Malgré cela, Toyota est reconnue pour sa passion pour l'industrie automobile et son engagement en faveur de l'innovation, ce qui en fait une entreprise à surveiller de près dans le domaine des véhicules alternatifs.
Toyota a choisi de faire du circuit son terrain d'essai pour son moteur thermique à hydrogène, qui est apprécié par les pilotes pour ses performances et son acoustique. Cependant, son potentiel en tant que véhicule alternatif à zéro émission doit être confirmé. Toyota prétend avoir fait 40% du chemin pour commercialiser des voitures avec des moteurs à combustion à hydrogène, bien que des défis techniques restent à relever. Malgré cela, Toyota est connue pour sa passion pour l'industrie automobile et son engagement en faveur de la recherche, ce qui en fait une entreprise à surveiller de près dans le domaine des véhicules alternatifs.
